СПОСОБ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО АВТОМАТИЧЕСКОГО ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ НА РЕЗЕРВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Российский патент 2018 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к области электротехники, в частности, к противоаварийной автоматике системы электроснабжения, а именно к автоматическому переключению на резервный источник электропитания потребителей, и предназначено для сокращения времени восстановления питания потребителей путем автоматического присоединения резервного источника питания.

Известен способ автоматического включения резервного электропитания потребителей (RU 2398338 C1, опубликовано 27.08.2010), заключающийся в измерении напряжения прямой последовательности на шинах резервного источника питания, линейных напряжений на шинах основного источника питания, угла между векторами напряжений прямой последовательности на шинах источников питания и угла векторами напряжения прямой последовательности на шинах основного и резервного источников за заданный промежуток времени; в раздельном для каждой из фаз определении действующего значения тока на вводе основного источника питания и угла между вектором комплексного действующего тока в этой же фазе и напряжения между двумя другими фазами на шинах основного источника и принимаемого равной от 0 до 50% доли одноименного комплексного действующего напряжения на шинах резервного источника питания; переключении питания шин с основного источника на резервный при снижении любого из измеряемых напряжений на шинах основного источника ниже заданного значения или при увеличение угла между векторами напряжений прямой последовательности на шинах основного и резервного источников выше заданного значения или при изменении угла между векторами прямой последовательности на шинах основного и резервного источника за заданный промежуток времени выше заданного значения, когда одновременно с этим значение действующего тока в любой из фаз на вводе основного источника питания и значение угла между вектором комплексного действующего тока в этой же фазе и выше указанной векторной суммой достигают заданной области значений, и напряжений прямой последовательности на шинах резервного источника питания превышают заданное значение.

К недостаткам этого известного способа относится некорректное определение направления мощностей, в расчете которых используется напряжение резервного источника питания наличии разницы частот напряжений на резервном источнике питания, вследствие чего возможно увеличение времени переключения на резервный источник питания.

В качестве ближайшего аналога выбран способ автоматического включения резервного электропитания потребителей (RU 2447565 C1, опубликовано 10.04.2012) состоящий в измерении напряжения на шинах основного и резервного источников питания и угол между векторами напряжений прямой последовательности фаз основного и резервного источников питания; определении направления мощностей в фазах на вводе шин основного источника питания; переключении питания шины с основного источника на резервный при отсутствии блокирующих сигналов от других устройств и при изменении направления мощности на вводе основного источника питания от шин к источнику, напряжения на шинах основного источника питания меньше заданного уровня или угла между вектором напряжения прямой последовательности больше заданного.

К недостаткам ближайшего аналога следует отнести: возможность создания искусственного двойного замыкания на землю в момент переключения на резервный источник питания, при условии одновременного наличия однофазного замыкания на землю на основном и резервном источнике питания; возможность излишних переключений при отсутствии нагрузки на основной секции шин и увеличение угла между вектором напряжения прямой последовательности основной и резервной секции шин вследствие отсутствия синхронизма (равенства величин, частот и углов векторов напряжений); возможность отключения потребителей электроэнергии устройствами защиты по причине увеличения тока вследствие несинхронного переключения на резервный источник питания; возможность некорректного определения направления мощностей, в расчете которых используется напряжение резервного источника питания из-за наличия разницы частот напряжений на резервном источнике питания, вследствие чего возможно увеличение времени приключения на резервный источник питания.

Технический результат - исключение возможности создания искусственного двойного замыкания на землю в момент переключения на резервный источник питания, при условии одновременного наличия однофазного замыкания на землю на основном и резервном источнике питания, излишних переключений при отсутствии нагрузки на основной секции; шин и увеличение угла между вектором напряжения прямой последовательности основной и резервной секции шин вследствие отсутствия синхронизма (равенства величин, частот и углов векторов напряжений), отключений потребителей электроэнергии устройствами защиты по причине увеличение тока вследствие несинхронного переключения на резервный источник питания; некорректного определения направления мощностей, в расчете которых используется напряжение резервного источника питания из-за наличия разницы частот напряжений на резервном источнике питания, вследствие которого возможно увеличение времени переключения на резервный источник питания.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе быстродействующего автоматического переключения на резервный источник электропитания потребителей измеряют напряжение на шинах основного и резервного источников питания и угол между векторами напряжений прямой последовательности фаз основного и резервного источников питания; определяют направление мощностей в фазах на вводе шин основного источника питания; переключают питание шин с основного источника на резервный при отсутствии блокирующих сигналов от других устройств и при изменении направления мощности на вводе основного источника питания от шин к источнику, напряжения на шинах основного источника питания меньше заданного уровня или угла между вектором напряжения прямой последовательности больше заданного; измеряют токи, протекающие по вводам основного и резервного источников питания и напряжение нулевой последовательности на шинах основного и резервного источников питания; определяют линейные напряжения на шинах основного и резервного источников питания, специальные линейные напряжения, направление передачи полной мощности в фазах на вводе основного источника питания; переключают шины на резервный источник питания: при отсутствии изменения напряжения нулевой последовательности на шинах основного и резервного источников питания и любого из фазных токов, протекающих через ввод основной секции шин, больше заданного значения, при этом если в течении заданного промежутка времени, значение всех фазных токов не измениться на меньшее чем заданное, то переключение на резервный источник питания запрещается; при изменении направления передачи полной мощности на вводе основного источника на противоположное или величины любого из фазных токов, протекающих через ввод основной секции шин, меньше заданного значения и любого линейного напряжения на шинах основного источника меньше заданного значения или величины угла между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания больше заданного значения; при этом, если в течение заданного времени, значение фазных токов, протекающих через ввод основного источника питания, меньше заданного значения, то данное условие блокируется до момента изменения любого из токов больше заданного значения; при наличии как минимум двух линейных напряжений на резервном источнике питания больше заданного значения и синхронизма между векторами напряжений шин основного и резервного источников питания. Линейные напряжения на шинах основного и резервного источников питания определяют на основе измерения соответствующих фазных напряжений. Значение специальных линейных напряжений, является векторной суммой линейных напряжений основного источника питания с долей линейных напряжений резервного источника питания и доли линейных напряжений основного источника питания с долей линейных напряжений резервного источника питания, определенных ранее. Направление передачи полной мощности в фазах на вводе основного источника питания определяют на основе измерения фазных токов и специальных линейных напряжений с учетом задания угла максимальной чувствительности. Наличие синхронизма определяют на основе контроля значения разности напряжений и частот на шинах основного и резервного источника питания, а так же углов между соответствующими векторами напряжений в момент переключения на резервный источник питания, меньше заданных значений.

Предлагаемое изобретение в отличии от прототипа позволяет реализовать способ быстродействующего автоматического переключения на резервный источник электропитания потребителей исключающий возможность создания искусственного двойного замыкания на землю в момент переключения на резервный источник питания, при условии одновременного наличия однофазного замыкания на землю на основном и резервном источнике питания, излишние переключения при отсутствии нагрузки на основной секции; шин и увеличение угла между вектором напряжения прямой последовательности основной и резервной секции шин вследствие отсутствия синхронизма (равенства величин, частот и углов векторов напряжений), отключения потребителей электроэнергии устройствами защиты по причине увеличение тока вследствие несинхронного переключения на резервный источник питания; некорректное определение направления мощностей, в расчете которых используется напряжение резервного источника питания наличии разницы частот напряжений на резервном источнике питания, вследствие чего возможно увеличение времени приключения на резервный источник питания.

Для пояснения описываемого способа на фигуре изображены основные элементы, задействованные при реализации способа автоматического включения на резервный источник питания и их взаимосвязи друг с другом.

Заявляемое изобретение содержит: вводные выключатели основного [4] и резервного [9] источников питания, секционный выключатель [3], трансформаторы напряжения на шинах основного [15] и резервного [16] источников; трансформаторы тока [1, 2], на вводах основного и резервного источников, быстродействующее пусковое устройство [6], снабженное блоком формирования линейных напряжений основного [20] и резервного [25] источника и блоком определения направления мощности по фазам вводов основного [38] и резервного [43] источника, быстродействующее пусковое устройство [6] снабженное: аналого-цифровыми преобразователями фазных токов [19, 26] и напряжений [78,79] основного и резервного источников питания, аналого-цифровыми преобразователями напряжения нулевой [21, 24] последовательности основного и резервного источников питания, в котором входы аналого-цифровых преобразователей напряжения нулевой последовательности подключены к соответствующим вторичным обмоткам трансформаторов напряжений [15, 16] собранных по схеме «разомкнутый треугольник», установленных на шинах [13, 14] основного и резервного источников питания; блоками формирования линейных напряжений [20, 25] основного и резервного источников питания входы которых подключены к соответствующим блокам аналого-цифрового преобразования напряжения [78, 79]; блоками формирования линейных напряжений [55, 58], участвующих в расчете мощностей, подключенных своими входами к соответствующим блокам формирования линейных напряжений [20, 25], трехфазными реле тока максимального действия [28, 31], подключенных своими входами к соответствующим блокам аналого-цифрового преобразования тока [19, 26], трехфазными реле напряжения минимального действия [32, 37], у которых входы подключены к соответствующим блокам формирования линейных напряжений [20, 25]; блоками определения направления мощности [38, 43], состоящих из: трехфазного реле тока максимального действия [39, 42] входы которого подключены к блокам аналого-цифрового преобразования тока [19, 26], трехфазного реле напряжения максимального действия [44, 45], входы которого подключены к соответствующему блоку формирования линейных напряжений, участвующих в расчете мощности [55, 58], трехфазного реле определения направления мощности [59, 60], входы которого подключены к блокам аналого-цифрового преобразования тока [19, 26] и к блокам формирования линейных напряжений, участвующих в расчете мощности [55, 58], логического элемента «И» [56, 57] на входы которого подключены к выходам соответствующего трехфазного реле тока максимального действия [39, 42], реле напряжения максимального действия [44, 45] и реле определения направления мощности [59, 60], блоком контроля угла между векторами напряжения прямой последовательности основного и резервного источников питания [54], входы которого подключены к выходам блокам формирования линейных напряжений [20, 25], блоками контроля исправности цепей напряжения [61, 62] у которых входы подключены к блоками аналого-цифровых преобразователей напряжения [78 и 21, 79 и 24] основного и резервного источников питания, трехфазными реле напряжения максимального действия [70, 71], входы которых подключены к блокам формирования линейных напряжений [20, 25], блоком контроля синхронизма напряжений основного и резервного источников питания [73], состоящего из функциональных органов: контроля разности напряжений [74], входы которого подключены к выходам соответствующих блоков формирования линейных напряжений [20, 25], контроля разности частот напряжений [75], входы которого подключены к выходам соответствующих блоков формирования линейных напряжений [20, 25], контроля угла [76] между векторами напряжения прямой последовательности основного и резервного источников питания [54], срабатывающего в заданном диапазоне, входы которого подключены к выходам соответствующих блоков формирования линейных напряжений [20, 25], логического элемента «ИЛИ» [77] входы которого подключены к трехфазным реле напряжения максимального действия [70, 71], и логического элемента «И» [72] входы которого подключены к выходам функциональных органов контроля разности напряжений [74], контроля разности частот [75], контроля разности углов [76] и логическому элементу «ИЛИ» [77]; трехфазными реле напряжения минимального действия [63, 69], входы которых подключены к блокам формирования линейных напряжений [20, 25] логических элементов «И» [64, 68] входы которых подключены к соответствующим блокам контроля исправности цепей напряжения [61, 62] и трехфазными реле напряжения минимального действия [63, 69]; логических элементов «И» [65, 67] входы которых подключены к выходам соответствующих логических элементов [64, 68] и трехфазных реле напряжения максимального действия [70, 71]; логических элементов «НЕ» [52, 53] входы которых подключены к соответствующим блокам определения направления мощности [38, 43]; логических элементов «И» [33, 36] входы которых подключены к соответствующим блокам определения направления мощности [38, 43] и логическим элементам «НЕ» [52, 53]; логических элементов задержки снятия сигнала на заданное время «DT2» [40, 41] входы которых подключены к соответствующим блокам определения направления мощности [38, 43]; логических элементов «И» [50, 49] входы которых подключены к соответствующим логическим элементам: «НЕ» [52, 53], «DT2» [40, 41] и блоку контроля угла между напряжениями прямой последовательности основного и резервного источников питания [54]; логических элементов «ИЛИ» [51, 48] входы которых подключены к соответствующим логическим элементам - «И» [33 и 50, 36 и 49]; логических элементов «НЕ» [34, 35] входы которых подключены к соответствующим трехфазным реле тока максимального действия [28, 31]; логических элементов «И» [46, 47] входы которых подключены к соответствующим логическим элементам «НЕ» [34, 35] и «И» [51, 48] реле напряжения нулевой последовательности максимального действия [22, 23], входы которого подключены к соответствующим блоками аналого-цифровых преобразователей напряжения [21, 24] основного и резервного источников питания, логического элемента «И» [27] входы которого подключены к реле напряжения нулевой последовательности максимального действия [22, 23]; логических элементов задержки сигнала на заданное время «DT1» [29, 30] входы у которых подключены к соответствующим трехфазными реле тока максимального действия [28, 31]; логического элемента «ИЛИ-НЕ» [17] входы которого подключены к логическим элементам задержки сигнала на заданное время «DT1» [29, 30] и к логическому элементу «И [27]»; логического элемента «ИЛИ» [18] входы которого подключены к логическим элементам «И» [46, 47]; логических элементов «И» [10, 12] входы которых подключены к логическому элементу «ИЛИ-НЕ» [17] и к логическим элементам «И» [46,47] выход которого подключен к соответствующему блоку управления вводным выключателем [5, 8]; логического элементов «ИЛИ» [66]входы которого подключены к логическим элементам «И» [65, 67] и к блоку контроля синхронизма напряжений основного и резервного источников питания [73]; логического элемента «И» [11] входы которого подключены к логическому элементу «ИЛИ-НЕ» [17] и к логическим элементам «ИЛИ» [18, 66] выход которого подключен к блоку управления секционным выключателем [7].

Заявляемое изобретение осуществляет способ быстродействующего автоматического переключения на резервный источник электропитания потребителей и работает следующим образом: трехфазное реле напряжения минимального действия [32, 37] или блок контроля угла между векторами напряжения прямой последовательности основного и резервного источников питания [54] фиксируют режим нарушения электроснабжения от основного источника питания, блок определения направления мощности по фазам вводов основного источника питания [38], трехфазное реле контроля тока [28], протекающего через ввод основного источника питания, определяют причины возникновения нарушения электроснабжения; и если причиной нарушения электроснабжения является нарушение в работе основного источника питания, а не наличие короткого замыкания на основной секции шин [13] или на отходящей к потребителю линии, то, при наличии разрешений от трехфазного реле напряжения максимального действия [71] или блока контроля синхронизма напряжений основного и резервного источников питания [73], а так же при отсутствии одновременного срабатывания реле напряжения нулевой последовательности максимального действия [22, 23], формируются управляющие сигналы на отключение выключателя ввода основного источника питания [4] и включения секционного выключателя [3], действующие на соответствующие блоки управления [5, 8]. Переключения потребителей, подключенных к резервной секции шин [14], при нарушении в работе резервного источника питания осуществляется аналогично.

В случае фиксации нарушения блоком контроля угла между векторами напряжения прямой последовательности основного и резервного источников питания [54] и отсутствии разрешения от блока определения направления мощности по фазам вводов основного источника питания [38] через заданный промежуток времени [40] работа блока контроля угла между векторами напряжения прямой последовательности основного и резервного источников питания [54] блокируется.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет реализовать способ быстродействующего автоматического переключения на резервный источник электропитания потребителей исключающий возможность создания искусственного двойного замыкания на землю в момент переключения на резервный источник питания, при условии одновременного наличия однофазного замыкания на землю на основном и резервном источнике питания, излишние переключения при отсутствии нагрузки на основной секции; шин и увеличение угла между вектором напряжения прямой последовательности основной и резервной секции шин вследствие отсутствия синхронизма (равенства величин, частот и углов векторов напряжений), отключения потребителей электроэнергии устройствами защиты по причине увеличение тока вследствие несинхронного переключения на резервный источник питания; некорректное определение направления мощностей, в расчете которых используется напряжение резервного источника питания наличии разницы частот напряжений на резервном источнике питания, вследствие чего возможно увеличение времени приключения на резервный источник питания.

Использование: в области электротехники. Технический результат - исключение возможности создания искусственного двойного замыкания на землю в момент переключения на резервный источник питания. Согласно способу измеряют напряжение на шинах основного и резервного источников питания и угол между векторами напряжений прямой последовательности фаз основного и резервного источников питания; определяют направление мощностей в фазах на вводе шин основного источника питания; переключают питание шин с основного источника на резервный при отсутствии блокирующих сигналов от других устройств и при изменении направления мощности на вводе основного источника питания от шин к источнику напряжения на шинах основного источника питания меньше заданного уровня или угла между вектором напряжения прямой последовательности больше заданного. При этом измеряют токи, протекающие по вводам основного и резервного источников питания и напряжение нулевой последовательности на шинах основного и резервного источников питания; определяют линейные напряжения на шинах основного и резервного источников питания, специальные линейные напряжения, направление передачи полной мощности в фазах на вводе основного источника питания. Переключают шины на резервный источник питания: при отсутствии изменения напряжения нулевой последовательности на шинах основного и резервного источников питания и любого из фазных токов, протекающих через ввод основной секции шин, больше заданного значения, при этом если в течение заданного промежутка времени значение всех фазных токов не изменится на меньшее, чем заданное, то переключение на резервный источник питания запрещается; при изменении направления передачи полной мощности на вводе основного источника на противоположное, или величины любого из фазных токов, протекающих через ввод основной секции шин, меньше заданного значения и любого линейного напряжения на шинах основного источника меньше заданного значения, или величины угла между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания больше заданного значения. Если в течение заданного времени значение фазных токов, протекающих через ввод основного источника питания, меньше заданного значения, то данное условие блокируется до момента изменения любого из токов больше заданного значения; при наличии как минимум двух линейных напряжений на резервном источнике питания больше заданного значения и синхронизма между векторами напряжений шин основного и резервного источников питания. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ быстродействующего автоматического переключения на резервный источник электропитания потребителей, при котором измеряют напряжение на шинах основного и резервного источников питания и угол между векторами напряжений прямой последовательности фаз основного и резервного источников питания; определяют направление мощностей в фазах на вводе шин основного источника питания; переключают питание шин с основного источника на резервный при отсутствии блокирующих сигналов от других устройств и при изменении направления мощности на вводе основного источника питания от шин к источнику, напряжения на шинах основного источника питания меньше заданного уровня или угла между вектором напряжения прямой последовательности больше заданного; отличающийся тем, что измеряют токи, протекающие по вводам основного и резервного источников питания и напряжение нулевой последовательности на шинах основного и резервного источников питания; определяют линейные напряжения на шинах основного и резервного источников питания, специальные линейные напряжения, направление передачи полной мощности в фазах на вводе основного источника питания; переключают шины на резервный источник питания: при отсутствии изменения напряжения нулевой последовательности на шинах основного и резервного источников питания и любого из фазных токов, протекающих через ввод основной секции шин, больше заданного значения, при этом, если в течение заданного промежутка времени значение всех фазных токов не изменится на меньшее, чем заданное, то переключение на резервный источник питания запрещается; при изменении направления передачи полной мощности на вводе основного источника на противоположное или величины любого из фазных токов, протекающих через ввод основной секции шин, меньше заданного значения и любого линейного напряжения на шинах основного источника меньше заданного значения или величины угла между векторами напряжения прямой последовательности шин основного и резервного источников питания больше заданного значения; при этом, если в течение заданного времени значение фазных токов, протекающих через ввод основного источника питания, меньше заданного значения, то данное условие блокируется до момента изменения любого из токов больше заданного значения; при наличии как минимум двух линейных напряжений на резервном источнике питания больше заданного значения и синхронизма между векторами напряжений шин основного и резервного источников питания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что линейные напряжения на шинах основного и резервного источников питания определяют на основе измерения соответствующих фазных напряжений.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что значение специальных линейных напряжений является векторной суммой линейных напряжений основного источника питания с долей линейных напряжений резервного источника питания и доли линейных напряжений основного источника питания с долей линейных напряжений резервного источника питания, определенных ранее.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что направление передачи полной мощности в фазах на вводе основного источника питания определяют на основе измерения фазных токов и специальных линейных напряжений с учетом задания угла максимальной чувствительности.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что наличие синхронизма определяют на основе контроля значения разности напряжений и частот на шинах основного и резервного источника питания, а так же углов между соответствующими векторами напряжений в момент переключения на резервный источник питания, меньше заданных значений.